Zadanie 4
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: V.6 — fizjologia neuronu, potencjał czynnościowy, kanały jonowe.
Treść zadania
Zadanie 4. (0–1)
Potencjał czynnościowy to krótko trwająca depolaryzacja błony neuronu i związana z nią repolaryzacja – powrót do stanu spoczynkowego. Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany przewodnictwa jonów Na⁺ i K⁺, towarzyszące fazom depolaryzacji i repolaryzacji potencjału czynnościowego.
Na wykresie: oś pionowa lewa – potencjał błonowy (mV) od −70 do +10; oś pozioma – czas (ms) od 0 do 1,0; oś pionowa prawa – przewodnictwo jonowe (j.u.) od niskie do wysokie. Krzywa potencjału czynnościowego (czarna przerywana) startuje od −70 mV, rośnie do piku ok. +10 mV przy ~0,3 ms, wraca do −70 mV przy ~0,8 ms z krótkim niedociążeniem. Krzywa przewodnictwa Na⁺ (czerwona) rośnie szybko i opada szybko (pik ~0,3 ms). Krzywa przewodnictwa K⁺ (niebieska) rośnie z opóźnieniem, pik ~0,5 ms, opada wolno.
W przebiegu choroby – stwardnienia rozsianego – dochodzi do uszkodzenia osłonek mielinowych neuronów i w konsekwencji do osłabienia przewodzenia impulsu nerwowego. Poprawę przewodnictwa nerwowego można osiągnąć przez wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego. W tym celu pacjentom podaje się bloker odpowiedniego kanału jonowego, dzięki czemu ogranicza się przewodnictwo jednego z jonów.
Na podstawie: S. Konturek (red.), Atlas fizjologii człowieka Nettera, Wrocław 2005.
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Wydłużenie czasu trwania potencjału czynnościowego jest skutkiem podania
A. blokera kanału K⁺,
B. blokera kanału Na⁺,
który to bloker jest przyczyną wydłużenia fazy
1. depolaryzacji.
2. repolaryzacji.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
A2 — bloker kanału K⁺, który wydłuża fazę repolaryzacji.
Uzasadnienie:
Co dzieje się normalnie podczas potencjału czynnościowego:
- Depolaryzacja: otwarcie kanałów Na⁺ → Na⁺ wpływa do komórki → potencjał wzrasta z −70 mV do +30 mV.
- Repolaryzacja: zamknięcie Na⁺, otwarcie K⁺ → K⁺ wypływa → potencjał wraca do −70 mV.
Co dałby bloker Na⁺ (opcja B):
- Brak napływu Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego → neuron nie przewodzi w ogóle. NIE wydłuża czasu — uniemożliwia powstanie potencjału. Niewłaściwe leczenie.
Co daje bloker K⁺ (opcja A):
- Po depolaryzacji K⁺ nie może wypłynąć (kanał zablokowany) → komórka wolno wraca do −70 mV → wydłużona faza repolaryzacji.
- Cały potencjał czynnościowy trwa dłużej → impuls "dłużej widoczny" na sąsiednich segmentach → poprawa przewodzenia w neuronach z uszkodzoną mieliną.
→ A2 (bloker K⁺ wydłuża repolaryzację).
Pułapka — bloker Na⁺ NIE wydłuża, tylko eliminuje potencjał. Jest stosowany jako znieczulenie (lidokaina, novokaina blokują Na⁺ → neuron nie przewodzi bólu). W SM byłby przeciwskuteczny.
Pułapka — odpowiedź "depolaryzacji". Faza depolaryzacji to Na⁺ wpływa (rosnąca część potencjału). Repolaryzacja to K⁺ wypływa (powrót do spoczynku). Bloker K⁺ → wpływa na K⁺-zależną fazę = repolaryzację.
Pułapka — wykres. Faza depolaryzacji: przewodnictwo Na⁺ wzrasta. Faza repolaryzacji: przewodnictwo K⁺ wzrasta (z opóźnieniem). Blokowanie kanału K⁺ = wydłużenie fazy, w której K⁺ jest aktywny = repolaryzacji.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — potencjał czynnościowy
| Faza | Co się dzieje | Kanał | Jon |
|---|---|---|---|
| Spoczynek | Membrana spolaryzowana (−70 mV) | Na⁺/K⁺-ATPaza utrzymuje gradient | Na⁺ na zewnątrz, K⁺ wewnątrz |
| Depolaryzacja | Potencjał wzrasta do +30 mV | Otwierają się kanały Na⁺ napięciowe | Na⁺ wpływa do komórki |
| Repolaryzacja | Potencjał wraca do −70 mV | Kanały Na⁺ zamknięte, otwierają się K⁺ napięciowe | K⁺ wypływa z komórki |
| Hiperpolaryzacja | Krótki overshoot do −80 mV | K⁺ nadal otwarte | K⁺ wypływa nadal |
| Stan spoczynku | Powrót do −70 mV | Pompa Na/K przywraca gradient | — |
Analiza wykresu
Przewodnictwo Na⁺ (czerwony):
- Wzrasta gwałtownie w fazie depolaryzacji (~0-0,3 ms).
- Spada szybko (inaktywacja kanałów Na⁺).
- Wraca do zera ~0,5 ms.
Przewodnictwo K⁺ (niebieski):
- Wzrasta z opóźnieniem (~0,3 ms).
- Pik w fazie repolaryzacji.
- Wraca powoli do zera (~1,5 ms).
Potencjał (czarny):
- Spoczynek: −70 mV.
- Pik: +10 do +30 mV (depolaryzacja).
- Powrót do −70 mV (repolaryzacja).
- Krótka hiperpolaryzacja (−80 mV) → spoczynek.
Analiza: dlaczego blok K⁺?
Problem w SM: osłonki mielinowe uszkodzone → potencjał czynnościowy rozprasza się i może nie dotrzeć do następnego węzła Ranviera → utrata impulsu.
Rozwiązanie: wydłużyć potencjał = zwiększyć szanse, że “dotrze”.
Sposób: zablokować K⁺ → bez wypływu K⁺ komórka nie wraca szybko do −70 mV → potencjał utrzymuje się dłużej.
Lek: 4-aminopirydyna (4-AP) = fampridyna = dalfampridine (nazwa handlowa Fampyra/Ampyra). Bloker kanałów K⁺ Kv. Zarejestrowany w 2010-2011 dla pacjentów SM z osłabieniem chodu.
Dlaczego NIE Na⁺?
Bloker Na⁺ = nie pozwala na napływ Na⁺ → brak depolaryzacji → brak potencjału czynnościowego w ogóle. To znieczulenie (lidokaina), nie wzmocnienie sygnału.
W SM neuron chce przewodzić — problem polega na słabej propagacji. Blokowanie Na⁺ pogłębiłoby problem.
Punktacja CKE
- 4. 1 pkt — A2.
Po co to umieć
Stwardnienie rozsiane (SM, MS) = autoimmunologiczna choroba demielinizacyjna:
- Limfocyty T atakują mielinę osłonek aksonów w OUN.
- Skutek: spowolnienie / blok przewodzenia → niedowłady, zaburzenia widzenia, koordynacji.
- ~2.5 mln pacjentów na świecie, częstsze u kobiet 30-50 lat.
Leczenie SM (2026):
- Immunomodulujące (najwyższy poziom): okrelizumab, natalizumab, fingolimod, kladrybina, ofatumumab.
- Wzmacniające przewodzenie (objawowe): fampridyna (Fampyra) = bloker K⁺ — działa na fakt z zadania.
- Sterydy w rzutach (metyloprednizolon).
Lidokaina (bloker Na⁺) — przeciwieństwo: znieczulenie miejscowe. Też hamuje arytmie serca (klasa I antyarytmików).
Tetrodotoksyna (TTX) = śmiertelna toksyna z rozdymki/fugu. Specyficzny bloker Na⁺. 1 mg zabija 8 dorosłych ludzi. Sushi z fugu = przygotowanie wymaga licencji.
Lekcja: kanały jonowe = punkty interwencji medycznej. Każdy ważny lek psychotropowy / kardiologiczny / neurologiczny działa na jakiś kanał jonowy.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „neurofizjologia, potencjał czynnościowy, depolaryzacja, repolaryzacja, stwardnienie rozsiane" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl